研究生“化学热力学与溶液化学”课程教学改革初探

"化学热力学与溶液化学"是我校物理化学专业研究生的基础专业课之一,具有很强的理论性和专业性,它主要研究物质系统在不同条件下的物理化学变化过程中所涉及的能量变化,及其这些能量和物质内部相互作用的规律。学好这门课,对于物理化学专业研究生理论水平和科研能力的提升都将起到极大的促进作用。本文从该课程的教学体系与内容、教学方法与手段和课程考核与评价方式等方面进行教学改革初探,以期提高本课程的教学质量,提升研究生的业务水平。

热力学ΔG^(θ)-T图在化学选矿焙烧作业中的应用

热力学是物理化学课程的重要组成部分,可用于计算体系能量的变化和判断给定条件下反应能否发生等。矿物加工工程专业的物理化学课程的教与学需紧密围绕热力学的基础理论、方法和工具开展,结合地区矿产资源优势,熟练掌握热力学中的ΔG^(θ)-T图的原理及使用方法。结合铁矿石、铝土矿、煤矸石和富钾页岩等的资源加工利用实例,介绍了ΔG^(θ)-T图在解决焙烧作业工程实际问题中的应用。

化学反应速率的一个热力学定义式——兼议I^(-)催化H_(2)O_(2)分解的两种机理

指出高中化学教材中用浓度表示的化学反应速率定义式在化学平衡的建立、平衡常数表达式的推导和有关反应机理甄别时所出现的一些“问题”,原因之一可能是定义本身的局限性和相关教学内容顺序的安排。为解决水溶液中离子反应速率问题,根据IUPAC推荐的关于化学反应速率最基本定义,从“反应进度”出发,基于热力学视角,将任-自发进行的化学反应视为“广义氧化还原反应”,导出一个化学反应速率与电动势、电导(率)等相关的新定义式。实例分析了电动势大小、方向的改变以及电导(率)对反应速率(度)的影响,评价了I^(-)催化H_(2)O_(2)分解的两种机理的可靠性。

混凝土硫酸盐侵蚀化学热力学和多尺度研究进展

总结了混凝土硫酸盐侵蚀在基于化学热力学理论、微观-细观结构分析、宏观性能、多尺度分析与建模等方面的研究成果,指出现有研究多基于微观、细观和宏观的单一尺度分析混凝土硫酸盐侵蚀性能劣化,有关混凝土硫酸盐侵蚀的跨尺度和跨层次耦合关联等方面研究极少,传统混凝土硫酸盐侵蚀损伤评价指标、表征方法和量化参数难充分反映硫酸盐侵蚀损伤的多样性。基于化学热力学和多尺度理论开展混凝土硫酸盐侵蚀损伤和动态演化研究更具现实意义。

退役三元正极材料锂离子电池化学沉淀法回收锂工艺热力学研究

退役三元正极材料锂离子电池锂资源再利用是减少环境污染、解决锂资源短缺的重要方法之一.从退役三元正极材料锂离子电池湿法处理过程中化学沉淀法回收锂流程出发,研究了LiCl、Li_(2)SO_(4)、LiNO_(3)体系不同沉淀回收锂反应的热力学.结果表明:在热力学角度,磷酸钠对于三种体系均有着适宜的沉淀效果;采用氟化物做沉淀剂时,氟盐要优于氢氟酸用于沉淀反应;相比于其他沉淀剂,碳酸钠用于Li_(2)SO_(4)体系沉锂效果最不好.

理论化学方法阐明化学反应热力学控制与动力学控制的概念——推荐一个Diels-Alder反应的计算化学实验

设计了一个适用于化学专业高年级本科生的综合计算化学实验。该实验通过量子化学计算,研究了有机化学教材中一个典型的Diels-Alder反应,给出了反应过程的微观物理图像以及反应的热力学和动力学性质的定量信息,阐明了化学反应中热力学控制和动力学控制的基本概念。该实验旨在培养学生使用计算化学方法研究化学问题的基本技能,加深其对物质结构与性能之间关系的理解。该实验也是对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论教育的一个具体实例,着重引导学生充分认识矛盾的普遍性,擅于用联系观和发展观分析和解决化学实际问题。

PBL教学方法在物理化学课程教学中的应用探索——以热力学第一定律教学为例

随着基础科学的快速发展,传统的以教师讲授为主的授课方式已经不能很好地满足教师和学生的需求。为了更好地适应新发展趋势,提升教学质量,教师需要在教学过程中引进更为先进的教学方法。PBL教学方法是以问题为导向的新式教学法,它以学生为中心,可以提高学生在课程中的参与度,使其在课程中思维更加活跃,同时提高学生学习的主动性和目标性,做到有的放矢,激发学生的学习乐趣。本文以物理化学课程教学中热力学第一定律和热力学第二定律的“克劳修斯表述”教学为例,将教学目标和实际应用结合起来,阐述PBL教学方法的模式及优缺点。实践表明,PBL教学法降低了热力学第一定律和克劳修斯表述的理解难度,既便于学生理解和接受,也能激发学生的学习乐趣,使枯燥的课堂氛围变得更加生动有趣。

化学气相沉积生长TaC涂层的高通量热力学分析

为指导半导体高温炉构件用高纯TaC涂层的生长调控,采用Thermo-calc软件开展TaC涂层生长过程的高通量热力学模拟计算,研究了沉积温度、压强和前驱体组分比对原料利用效率和TaC涂层纯度等指标的影响。模拟结果表明,在“TaCl_(5)+C_(3)H_(6)+H_(2)”体系中,X(Ta)∶X(C)(摩尔分数比)决定了产物的物相组成,X(H)∶X(C)决定了高纯TaC涂层的形成窗口。当X(Ta)∶X(C)<1时,可以获得高质量TaC涂层,涂层中的主要杂质为游离碳,可以通过提高气氛中氢气的浓度来消除涂层中的游离碳杂质。根据模拟分析结果,推荐的反应窗口为:X(Ta)∶X(C)为0.8~1.0且X(H)∶X(C)≥400,沉积温度为1800~2100 K,沉积压强为5000~10000 Pa,可获得高纯度(>99%)和高原料利用率(>99%)的TaC涂层。

化学热力学系统二元溶液及临界点的稳定条件

本文通过对常见的化学热力学过程方向条件的讨论,直接得出了化学热力学系统的稳定条件.然后根据该条件及某些化学热力学的基本公式,通过数学推导,分别导出了二元溶液及其临界点的稳定条件.

BOPPPS教学模式下的《物理化学》课程思政初探——以“热力学第二定律”为例

在“课程思政”建设理念的指导下,如何在高校教学中融入思想政治理念,实现协同育人,是目前高校教师在开展教育教学工作时的基本任务。《物理化学》是我校本科生教学中一门重要的专业基础课,为后续专业课程奠定了基础,本文将以“热力学第二定律”为例,基于BOPPPS教学模式,将理论性较强的知识点与现实融合,挖掘各教学环节中蕴含的思政素材,帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观,达到“立德树人”的育人目标。

化学热力学系统二元溶液及临界点的稳定条件

通过对常见的化学热力学过程方向条件的讨论 ,直接得出了化学热力学系统的稳定条件 .根据该条件及某些化学热力学的基本公式 ,通过数学推导 ,分别导出了二元溶液及其临界点的稳定条件 .

生物热力学、离子液体、溶液化学研究现状

综述了近年来"河南师范大学学报:自然科学版"报道生物热力学、离子液体、功能溶液化学等领域的研究文章,分析了这些领域的研究现状和发展趋势.

标准化学势和热力学标准态(Ⅱ)凝聚相和溶液中物质B的标准化学势和热力学标准态

若定义了标准化学势μ—，其他标准热力学量可从μ—和热力学函数之间的关系通过数学计算得到．本文定义了凝聚相和溶液中物质Ｂ的标准化学势，根据标准化学势选取了相应的标准态，并讨论了活度、活度系数以及渗透系数等。

非化学计量比贮氢电极合金的电化学性能和结构及热力学研究

在分别优化稀土Ａ组元和过渡族Ｂ组元基础上，研究了ＡＢγ合金中化学计量比γ值对其电化学性能的影响。结果表明，超化学计量比（γ＝５．３）的合金具有较高的放电容量（２９５ｍＡ·ｈ／ｇ）和较小的循环容量衰退（电化学容量在２５０次循环后为８３．６％），但其大电流放电能力有所降低。经ＸＲＤ分析，γ＝５．３的合金具有最大的晶胞体积。从放电容量和循环寿命来看，超化学计量比合金优于化学计量比合金和欠化学计量比合金，但其高倍率放电能力有所降低。用Ｓｉｅｖｅｒｔ固——气吸放氢（ｐ－Ｃ－Ｔ）法求得吸放氢反应的ΔＨ和ΔＳ表明，超化学计量比合金ＡＢ５．３的生成热较负，形成的氢化物比较稳定，氢原子扩散困难，且使氢原子发生电化学氧化反应阻力增大，因而使电极合金的大电流放电能力降低。

碳酸盐倒退溶解模式的化学热力学基础——与CO_2有关的溶解介质

碳酸盐岩占据了油气储层的"半壁江山",次生孔隙是碳酸盐储集空间的主体,相对浅埋藏条件下碳酸盐矿物更容易溶解的倒退溶解模式在碳酸盐油气勘探中具有非常重要的指导意义。以化学热力学中的吉布斯自由能增量为基础,计算了与CO2(g)/CO2(aq)/H2CO3/HCO3-/H+/CO32-系统有关反应在不同温度下的平衡常数,包括不溶于水的CO2气体分子(即CO2(g))和溶于水中的CO2(即CO2(aq))之间的平衡反应(CO2(g)CO2(aq))、溶于水中的CO2(即CO2(aq))和碳酸(H2CO3)之间的平衡反应(CO2(aq)+H2O H2CO3)、碳酸(H2CO3)的一级电离反应(H2CO H++HCO3-)和碳酸(H2CO3)的二级电离反应(HCO3-H++CO32-)。同时,根据方解石和白云石在酸性条件下的溶解过程,获得了碳酸盐矿物溶解过程中地层中流体的H+离子浓度(或pH值)与pCO2,地层压力和埋藏深度的关系。计算结果表明,在埋藏成岩系统中,地层流体温度的降低、地层压力或pCO2的降低以及埋藏深度的变浅,碳酸盐矿物都可能会从饱和状态进入不饱和状态。该结果支持碳酸盐的倒退溶解模式。

电化学法测定几种稀土贮氢合金的热力学函数

贮氢材料由于能可逆地吸放氢,得到了广泛地应用.特别是以贮氢材料为负极制成的氢镍二次电池,容量为同类型镉镍电池的1.5～2倍,且电压又相近,是镉镍电池的理想换代产品,受到人们普遍的关注。LaNi4.5Mn0.5,LaNi4.9Sn0.1和La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Al0.1是电化学性能较优越的贮氢合金。LaNi4.5Mn0.5的电化学容量高,理论容量可达400mAh.g-1.LaNi4.9Sn0.1和La0.8Nd0.

石灰岩损伤演化的化学热力学及动力学模型

隧道开挖排水后 ,地下水动力学及化学环境的改变可能使石灰岩围岩化学损伤的演进过程加速 ,为定量化评价此作用 ,引入了化学热力学和化学动力学的理论和方法 .建立化学热力学模型 ,通过吉布斯自由能变化判定隧道水化学损伤能否自发进行 ,为在工程中是否需要考虑化学损伤及进行损伤场的计算提供依据 .将轻微改造后的裂隙概化为平行板模型 ,采用Plummer Wigley Parkhurst方程建立定量评价化学损伤的化学动力学模型 .根据实际情况取定化学反应的阶数 ,通过质量守恒定律计算出裂纹在迹长及隙宽方向的变化 ,得到化学损伤定量演化的公式 .

精确制备不同含水率岩石试样的化学热力学方法

在岩石力学试验研究中,常常需要精确制备不同含水率的岩石试验样品,而目前的方法尚难以保证所需的精度。为此,提出一种精确制备不同含水率岩石试样的方法,其基本原理是将欲制备的岩石试件烘干或饱水后放置于恒湿环境中,烘干样或饱和样会逐步吸湿或去湿而增加或减小重量,其含水率逐步增加或减小,直至稳定,最终得到稳定、均匀、含水率各异的试验样品,而其中的关键是如何获得一个稳定的恒湿环境。基于化学热力学中单组分的气-液平衡理论,提出了一种稳定恒湿环境的获取方法,其基本原理为:由于岩石中组分水的化学势与恒湿环境中的水气的组分水的化学势在起始阶段不相等,因此,二者中的水气压力也不同,必然有组分水的迁移;当岩石中的水气压力大于恒湿环境中的水气压力时,水便从岩石中迁移至恒湿环境中,使岩石失水,而当岩石中的水气压力小于恒湿环境中的水气压力时,水自恒湿环境中迁移至岩石中,使其含水率增加,直至二者中的水气压力平衡,即可得到某一特定含水率的岩石样品。这样制备的岩石样品满足化学热力学平衡的要求,其含水率内外一致,上下相同,是含水率均匀分布的合格样品。该方法还能制备其他方法无法实现的含水率相差甚微的岩石试件,也可直接应用于精确制备不同含水率的土样。

黄铁矿化学脱硫的热力学分析

应用热力学方法对煤中黄铁矿脱硫反应进行了较系统的计算与分析．结果表明，黄铁矿具有较高的热稳定性，黄铁矿的干法还原脱硫和热解脱硫属热力学控制反应，脱硫应在高温下进行；黄铁矿湿法脱硫可在常温下进行，其主要方法是氧化法和碱液浸取法．

Fe基氧载体的生物质化学链气化过程热力学分析及实验研究

通过热力学理论分析天然铁矿石(Fe2O3)为氧载体的生物质化学链气化的可能性。在小型鼓泡流化床上进行验证试验,验证结果与理论分析基本一致。赤铁矿作为氧载体参与生物质气化过程,活性氧载体的存在使生物质的热转化过程明显区别于单纯的热解,气体产率显著提高,气体产物中CO和H2含量达到80%以上。被还原后的氧载体主要以FeO状态存在,气化反应中氧载体表现出逐步失氧的过程,即Fe2O3→Fe3O4→FeO,还原氧载体经空气氧化后能恢复其晶格氧。